الفرق بين دائرة المقاومة السعة ودائرة المقاومة الحث - RC Circuit vs RL Circuit

تعريف دائرة المقاومة السعة – RC Circuit:

تتضمن دائرة “المقاومة – السعة” (RC)، (Resistance – Capacitance Circuit)، شحن مكثف من خلال الجهد الخارجي المزود، في البداية، عندما يكون المفتاح مغلقًا، تكون المقاومة التي توفرها دائرة (RC) تساوي صفراً، هذا لأنّ المكثف غير مشحون، بعد وقت ما عندما يكون المكثف مشحونًا بالكامل، نظرًا لعدم الحاجة إلى مزيد من الجهد، تكون المقاومة التي تقدمها دائرة (RC) غير محدودة، ويحدث تباين الشحنة مع الجهد المطبق خارجيًا.

شرح دائرة المقاومة – السعة:

يتضح لنا أنّ الشحنة تزداد مع زيادة الجهد، لفهم السعة، نحتاج إلى تحليل الرسم البياني للسعة وعلاقة تغير الشحنة مع الجهد الكهربائي، لنفترض وجود منحدر الرسم البياني والذي يمثل قيمة السعة، تمثل المنطقة التي يغطيها الرسم البياني الطاقة المخزنة على شكل مجال كهربائي، وذلك لأنّ الألواح المتوازية للمكثف تخزن الشحنة ويتم تحويلها إلى طاقة كهروستاتيكية.

رياضياً، يمكن حساب التيار المتدفق عبر دائرة (RC) بمساعدة “قانون كيرشوف للجهد والتيار”، يمكن كتابة الطاقة المخزنة في شكل مجال كهربائي من حيث الشحنة والجهد، بمساعدة المعادلة أدناه، يمكنك تطوير فهم أفضل لدائرة (RC)، الآن، نكتب معادلة الجهد والتيار لدائرة (RC)، كالتالي:

V – R i(t) – Vc (t) = 0

حيث: ((t)i) تمثل التيار المتدفق خلال دائرة (RC)، خلال الزمن (t)، ثابت الزمن (τ) “تاو”، ومع تعديل المعادلة، تصبح كالتالي:

τ = R × C

Vc = V (1 – e^-t/RC)

حيث:

Vc – تمثل الجهد خلال المكثف.

V – تمثل مصدر الجهد.

R and C – تمثل قيم المقاومة وسعة المكثف.

الآن، يمكن حساب الطاقة المخزنة بواسطة المجال الكهربائي، كالتالي:

U_E = ½ QV

Q = CV

U_E = ½ (CV)V

U_E = ½ CV²

تعريف دائرة المقاومة الحث – RL Circuit:

تتكون دائرة (RL)، (Resistance – Inductance Circuit)، من مقاومة ومحاثة متصلة على التوالي بمصدر بطارية، يواجه التيار من مصدر الجهد مقاومة لانهائية في البداية عند إغلاق المفتاح، بمجرد أن تصل دائرة (RL) إلى حالة مستقرة، تبدأ المقاومة التي يقدمها ملف الحث في الانخفاض وعند نقطة ما، تصبح قيمة مقاومة الدائرة (RL) صفراً.

التدفق المترابط مع ملف الحث يخلق مجال مغناطيسي حوله، علاوةً على ذلك، يختلف التدفق باختلاف التيار المتدفق عبر الملف، في الرسم البياني، الذي يمثل اختلاف التدفق مع التيار في دائرة (RL)، يمثل الميل قيمة المحاثة بينما تحدد المنطقة التي يغطيها الرسم البياني الطاقة المخزنة على شكل مجال مغناطيسي.

شرح دائرة المقاومة – الحث:

لفهمها بشكل أكثر وضوحًا، يمكنك الرجوع إلى المعادلة الموضحة أدناه، توضح هذه المعادلات العلاقة بين التيار والحث والجهد الخارجي بمساعدة “قانون كيرشوف”، يمكن التعبير عن الطاقة المخزنة في شكل مجال مغناطيسي باستخدام التدفق والتيار، المعادلة التالية تمثل علاقة الجهد والتيار في دائرة (RL):

V – i(t) R – L di/dt = 0

i(t) = V/R (1 – e^-Rt/L)

حيث: 

V – تمثل الجهد المطبق.

R and L – تمثل قيم المقاومة والحث.

T – تمثل الوقت.

يمكن إيجاد قيمة الطاقة المخزنة بواسطة المجال المغناطيسي، كالتالي:

U_B = ½ φI

U_B = ½ (LI)I

U_B = ½ LI²

الفرق بين دائرة المقاومة السعة ودائرة المقاومة الحث:

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين دوائر (RC) و (RL)، في أنّ دائرة (RC) تخزن الطاقة في شكل مجال كهربائي بينما تخزن دائرة (RL) الطاقة في شكل مجال مغناطيسي، تتشكل دائرة (RC) عن طريق توصيل مقاومة على التوالي بالمكثف ويتم توفير مصدر بطارية لشحن المكثف، يتم تشكيل دائرة (RL) عن طريق توصيل مقاومة بمحث ويتم توفير مصدر بطارية لتزويد التيار إلى المحث.

هناك اختلاف مهم آخر بين دارات (RC) و (RL)، وهو أنّ دائرة (RC) تقدم في البداية مقاومة صفرية للتيار المتدفق من خلالها وعندما يكون المكثف مشحونًا بالكامل، فإنّه يوفر مقاومة لانهائية للتيار، بينما تعارض دائرة (RL) في البداية التيار المتدفق عبرها، ولكن عندما يتم الوصول إلى الحالة المستقرة، فإنّها تقدم مقاومة صفرية للتيار عبر الملف.

جدول المقارنة بين دائرة المقاومة السعة ودائرة المقاومة الحث:

الاختلافات الرئيسية بين دائرة المقاومة السعة ودائرة المقاومة الحث:

• دائرة (RC) و (RL)، كلاهما يخزن الطاقة، لكن دائرة (RC) تخزن الطاقة في شكل مجال كهربائي، بينما تقوم دائرة (RL) بتخزين الطاقة في شكل مجال مغناطيسي.

• دارات (RC) اقتصادية حيث أنّ المكثفات رخيصة ومتوفرة بكثرة بينما المحاثات مكلفة ممّا يجعل دائرة (RL) باهظة الثمن.

• تمتلك المحاثات معدلات تحمل أكبر مقارنة بالمقاومات، وبالتالي فإنّ دائرة (RL) لها قيم تحمل عالية.

• يولد الحث المجال المغناطيسي الذي يخلق ضوضاء في الدائرة، يؤدي هذا إلى ضعف أداء دائرة (RL) عندما تصبح إشارة الضوضاء عالية، يمكن التخفيف من مشكلة الضوضاء باستخدام دائرة (RC) لأنّ المكثف لا يولد المجال المغناطيسي.

• دائرة (RL) و (RC) هي العمود الفقري للدوائر الإلكترونية المختلفة، كلاهما له مزاياه وعيوبه؛ يعتمد ذلك على التطبيق الذي ستستخدمه الدائرة.